Определение прочности при сжатии

В отечественной практике используются образцы-кубы, хотя ГОСТ предусматривает определение прочности и на цилиндрах с соотношением диаметр - высота 1:2.

Стандартный размер образцов 15x15x15 см, возможно также использование кубов с ребром 10,20 и 30 см. Выбор определяется в первую очередь НК заполнителей, которая не должна превышать 1/3 размера образца. Так, при НК = 20 мм размер образца должен быть не менее 10 см, при НК = 40 мм — 15 см и т. д.

При испытании образцов разных размеров наблюдается так называемый «масштабный эффект»: при увеличении размеров образцов прочность бетона снижается. Этим объясняется нормирование размера стандартных образцов для определения марки и класса бетона. Для образцов других размеров вводятся поправочные коэффициенты: для кубов с ребром 20 см — 1,05, 10 см — 0,95.

Масштабный эффект наблюдается и для других хрупких материалов, например горных пород. Согласно статистической теории прочности, чем больше образец, тем вероятней присутствие в нем более крупного дефекта структуры. А так как в хрупких материалах напряжения не перераспределяются (нет пластичности), перенапряжения на участках с наиболее опасными дефектами приводят к разрушению материала.

Кроме того, на прочность образцов разных размеров может влиять и так называемый эффект обоймы. Разрушение бетонных образцов при нагружении происходит от поперечных деформаций. Они вызывают появление и развитие трещин, параллельных действующей нагрузке. Но в зонах образца, прилегающих к плитам пресса, эти деформации сдерживаются их жесткостью (модуль упругости стали в семь раз выше, чем у бетона). По симметричности разрушения можно оценить правильность центрировки образца. При асимметричном разрушении результат не учитывается.

Увеличение высоты образца ослабляет эффект обоймы. Прочность при этом снижается и приближается к реальной прочности бетона в конструкциях

Определение призменной прочности достаточно трудоемко (в частности, требуется центрировка призм). Поэтому ее обычно рассчитывают по кубиковой прочности с использованием переходных коэффициентов. Для тяжелого бетона они составляют 0,7-0,8, уменьшаясь при повышении уровня прочности бетона.

К прессам для определения прочности бетона выдвигается ряд требований.

Для испытания используется часть шкалы пресса в пределах 0,2-0,8 от предельной нагрузки. Так, при испытании на прессе со шкалой 1000 КН (100 тс) образцы должны разрушаться при нагрузке 200-800 КН. Выход за эти пределы снижает точность испытаний.

Плиты пресса должны обладать высокой жесткостью, что достигается при их толщине > 0,6 от размера образца. При меньшей толщине плиты деформируются при испытании и показатель прочности образцов снижается.

Существенное влияние на прочность может оказывать и качество форм. Использование изношенных форм для лабораторных образцов снижает показатели прочности до 10%, при этом коэффициент вариации прочности возрастает примерно в два раза.

Образцы устанавливаются на плиту пресса. Это позволяет выявить дефекты структуры под нижними поверхностями заполнителей, которые могли возникнуть при внутреннем расслоении бетонной смеси. Считается, что прочность образцов из подвижных смесей в этом положении ниже, чем при сжимающей силе, направленной перпендикулярно слоям укладки: Разница прочностей может быть порядка 10%.

Нормируется и скорость приложения нагрузки. Напряжения в образце должны возрастать на 0,2-1 МПа/с, а время его нагружения должно быть не менее 30 с.

Прочность бетона определяют как среднее значение результатов испытаний нескольких образцов (серии).

При расчете среднего значения прочности используют: в серии из двух образцов—два результата; в серии из трех, четырех и шести образцов — соответственно два, три или четыре наибольших результата.